Fault Tolerance Techniques for Sequential Circuits: a Design Level Approach

Abstract

مع تقدم التقنية (90 نانومتر، و65 نانومتر، و35 نانومتر، وحتى أصغر من ذلك)، أصبحت الأنظمة أكثر تعرضاً لأخطاء التصنيع وأكثر قابلية للأخطاء الوقتية وذلك بسبب الصغر الشديد في أحجام الأجهزة. حالياً، لم تعد الأخطاء اللحظية المستحثة بواسطة الذرات الأيونية محدودةً بمجال معين مثل التطبيقات الفضائية. لذلك طرق الحماية من الأخطاء الوقتية أصبحت ذات أهمية كبرى، ليس في التطبيقات الفضائية فحسب، بل حتى في الدوائر التوافقية و الدوائر المتتابعة بشكل عام. هذا البحث موجه لتحليل و تمثيل و تصميم الدوائر المتتابعة في مستواها التصميمي، المسمى بجهاز الحالة المنتهية، وذلك لزيادة وقايتها من الأخطاء اللحظية ذات الطابع المستحث أيونياً. اقترحنا طريقة مبنية على إضافة حالات زائدة مساوية لبعض الحالات ذات احتمالية كبيرة للحدوث. الحالات المضافة تضمن تحمل جميع الأخطاء الأحادية التي تحدث في أحد متغيرات الحالات المُعالجة. الطريقة المقترحة ستكون ذات تأثير ضئيل على مساحة الدوائر الكهربائية بسبب اختيارنا لحماية عدد قليل من الحالات. بالإضافة لذلك، تعيين الرموز للحالات بُحثت ووجِد أنها ذات تأثير قليل على إمكانية تحمل الأخطاء الوقتية في الدوائر الكهربائية المتتابعة. وبالتالي، اقترحنا طريقة أخرى لتحسين اعتمادية الدوائر المتتابعة التي تحتوي على تعيينات حاليّة محددة التي تحسن معيار معين مثل المساحة. نتائج التجارب على الدوائر المتتابعة القياسية ISCAS89 تبين أنه تحقق تقليل في معدل الخطأ من نسبة 62% وحتى 83% بالمقارنة مع الدوائر الأصلية. كما أن عدد الحالات المحمية ذات الاحتمالية الكبيرة هو ما يعادل نسبته 9% وحتى 40% من المجموع الكلي للحالات المحصِلَة لما نسبته 25% وحتى 90% من تغطية احتمالية الحالات. كما أنه وجد أن تكلفة المساحة ما يقارب 1.8 وحتى أربعة أضعاف مساحة الدوائر الأصلية. علاوةً على ذلك، بالابتداء من تعيين حالات معين المحَسِّن لمساحة دائرة متعاقبة ما، تحقق تقليل في معدل الخطأ مساوي لما ذكر مع تأثير أقل على المساحة.